Магнітний спосіб запису звуку

Принцип магнітного звукозапису був відомий ще наприкінці XIX сторіччя, але через низький рівень тогочасної техніки не впроваджувався у практику.

Попередник сьогоднішнього магнітофона – " телеграфон" – був винайдений у 1898 році датським фізиком Вольдимаром Паульсеном, який запропонував використати для записування звуку явище залишкового намагнічування сталевого дроту або стрічки.

Записували звук у такому апараті на тонкий сталевий дріт, а відтворення прослуховували без наступного підсилення, прямо на телефонну трубку. Якість звучання була, безперечно, низькою, не відрізнялася від якості звучання едісонового фонографа.

Минуло 30 років, перш ніж згадали про цей чудовий винахід. У 1928 році німецький винахідник В. Пфлеймер запропонував дотепний спосіб нанесення шару порошкового заліза на паперову стрічку. Результат перевершив усі сподівання – новий звуконосій добре намагнічувався. До того ж таку стрічку можна було розмагнітити, обрізати і склеїти, що давало можливість монтувати фонограми. Згодом паперова магнітна стрічка була замінена пластмасовою – більш міцною, вогнетривкою і еластичною. Подібна стрічка застосовується і в сучасних магнітофонах.

Важко повірити, що один із перших магнітофонів італійської фірми " Марконі" важив декілька сотень кілограм, а котушки із стальною стрічкою мали діаметр більше півметра, при обриві стрічку з'єднували електрозварюванням. Про магнітний запис знали лише спеціалісти, причому багато з них оцінювали його як мало перспективним, оскільки якість запису була дуже низькою.

Значну роль у створенні принципів магнітного звукозапису і технології виробництва магнітних стрічок, механізмів і підсилювачів відіграли праці радянських учених. У Всесоюзному науково-дослідному інституті звукозапису не лише розробили теоретичні основи магнітного звукозапису. Його вчені й інженери керували створенням перших радянських магнітофонів.

Україна була першою республікою в СРСР, де почалося масове виробництво магнітофонів побутового призначення. Перший магнітофон «Україна» був створений у 1948 році. У 1949 році було випущено побутовий магнітофон " Днепр" (рис. 1).

Перша вітчизняна магнітна стрічка була випущена Шосткінським хімкомбінатом (м. Шостка Сумської області) у 1954 році. Робочий шар цієї стрічки виготовлявся із порошку, який складається із частинок кубічної форми окису заліза. У чому ж полягає принцип магнітного звукозапису?

Ми вже знаємо, що звук у даному разі записується на магнітну стрічку. Але як? Стрічка рухається в апараті з постійною швидкістю повз електромагніт, під’єднаний на виході підсилювача запису. На вході цього підсилювача увімкнене джерело електричних коливань звукової частоти – мікрофон, електропрогравач або радіоприймач. В такт звукові збільшується або зменшується величина магнітного поля електромагніту (рис. 2), яке відповідно до своєї сили більше або менше намагнічує феромагнітний шар стрічки, яка рухається із сталою швидкістю. Цей намагнічений шар і є фонограмою, тобто копією записаного звуку.

Метод магнітного запису полягає у тому, що феромагнітний матеріал (феромагнетик) 3 (рис. 2), нанесений рівномірним тонким шаром на основу 4, притискається до зазору Д магнітної головки 1. В процесі запису магнітна стрічка, рівномірно переміщується відносно записуючої головки і при цьому намагнічується магнітним полем 5 зазору у відповідності із сигналом, підведеним до обмотки 2 головки. При відтворенні магнітна стрічка аналогічним чином протягується відносно зазору відтворюючої головки, збуджуючи в її обмотці електрорушійну силу (ЕРС) внаслідок залишкового намагнічування феромагнетику. Параметри запису визначаються якістю магнітної стрічки, швидкістю її руху v відносно магнітної головки і шириною зазору ∆. При якісній стрічці максимальна частота F визначається залежністю

Рис. 1. Один із перших побутових українських магнітофонів " Днепр"

Рис. 2. Схема магнітного запису звуку:

1 – осердя магнітної головки;

2 – обмотка магнітної головки;

3 – феромагнітний шар;

4 – основа магнітної стрічки;

5 – магнітні силові лінії у зазорі головки

Отже, чим швидше рухається стрічка, тим більш високі частоти можна записати. Наприклад, звукові магнітофони середини 30-х років мали приблизно такі параметри: v = 1 м/с; Д = 0, 1 мм = 10" 4 м. Це дозволяло записувати сигнали з максимальною частотою

Розрізняють записуючі, відтворюючі і стираючі магнітні головки. В сучасних побутових магнітофонах функції запису і відтворення виконує одна універсальна головка.

При зменшенні ширини зазору магнітної головки можна скоротити витрати стрічки. І це ускладнює виготовлення головки і висовує більш високі вимоги до якості магнітної стрічки, стрічкопротяжного механізму, пристроїв підсилення.

У сучасних масових магнітофонах ефективна ширина зазору головки складає приблизно 5 мкм, що забезпечує реєстрацію сигналів з максимальною частотою 10 кГц при швидкості руху стрічки 5 см/с.

На рис. 3 показано будову магнітної головки. Вона має магнітне осердя, на якому намотано дві котушки ізольованого дроту. Осердя має немагнітний зазор.

Рис. 3. Магнітна головка

Записуюча головка перетворює електричні коливання звукової частоти в коливання магнітного поля в зазорі головки, а в обмотці відтворюючої головки індукується ЕРС індукції, пропорційна залишковій намагніченості сигналоносія (магнітної стрічки).

Записуюча, відтворююча і стираюча головки відрізняються між собою наявністю або відсутністю додаткового зазору, різною шириною робочого зазору, неоднаковою кількістю витків обмоток, різним діаметром дроту обмотки. Магнітопровід магнітної головки набирається із тонких (0, 1-0, 4 мм) пластинок, матеріал яких має велику магнітну проникність (пермалой або інші сплави). Деколи використовується ферит. Робочий зазор головки заповнюється прокладкою, яка має приблизно таку ж стійкість до стирання, що й матеріал магнітопроводу. У записуючої і відтворюючої головок він звичайно заповнюється берилієвою або фосфористою бронзою, а у стираючої – латунню або міддю. У стираючої головки задній зазор достатньо широкий (0, 3 мм), що виключає намагнічування магнітопроводу. Робочий зазор у стираючої головки звичайно 0, 1-0, 3 мм, а у записуючої та відтворюючої – декілька мікронів. Чим менший робочий зазор універсальної головки тим краще магнітофон відтворює більш високі частоти звукового діапазону. Щоб зазор не засмічувався, в нього вставляють пластинку із фосфористої бронзи.

Якщо в обмотці головки запису (ГЗ) протікає струм, то силові лінії магнітного поля, яке утворюється при цьому, проходячи по осердю в зоні навколо зазору, утворюють зосереджене магнітне поле. Якщо це поле постійне, то воно рівномірно намагнічує стрічку, яка проходить повз нього. Якщо ж через обмотку ГЗ проходить змінний струм, що утворюється як наслідок дії звуку на мікрофон, то магнітне поле в зазорі головки змінюється відповідно до записуваних звукових коливань.

При відтворенні магнітної фонограми стрічка рухається повз щілину головки відтворення (ГВ). Силові лінії магнітного поля фонограми, замикаючись на осерді, перетинають обмотку ГВ. Оскільки, як ми вже знаємо, стрічка намагнічена не рівномірно, а відповідно до записаного звуку (його сили й частоти), то і в обмотці індукуватиметься електрорушійна сила, змінність якої відповідатиме силі й частоті запису на стрічці Ця ЕРС надходить на вхід підсилювача На рис. 4 показано загальну схему магнітного записування й відтворення. У цій схемі до входу підсилювача запису під’єднано мікрофон, а на вихід – головку запису (ГЗ). Щоб можна було неодноразово використовувати магнітну стрічку, застосовується головка стирання (ГС), яка живиться струмом від спеціального генератора струму високої частоти. Вона забезпечує розмагнічування стрічки, що в практиці зветься " стиранням".

Для протягування стрічки використовується ведучий двигун з валом і притискним роликом. В сучасних побутових магнітофонах найчастіше застосовуються дві головки, одна з яких записує та відтворює і називається універсальною головкою (ГУ), а друга стирає раніше записану фонограму (ГС). Підсилювачів у таких магнітофонах, як правило, не два, а один.

Рис. 4. Схема запису, відтворення та стирання звуку в магнітофоні:

1 – мікрофон; 2 – підсилювач; 3 – генератор струму високої частоти; 4 – підсилювач; 5 – гучномовець; 6 – подавальна котушка; 7 – напрямний ролик; 8 – відтворююча головка; 9 – стираюча головка; 10 – записуюча головка; 11 – напрямний ролик; 12 – приймаюча котушка

Крім того, сучасні магнітофони записують на одну стрічку дві й більше фонограм. Кожний такий запис називається доріжкою, а магнітофон відповідно – двох або чотирьох і більше доріжковим.